KR20180044252A - Metal nanowire and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아민기와 카르복실산으로 이중표면 기능화된 탄소나노구조체를 템플레이트로 이용하여 경제성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 금속나노와이어의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing metal nanowires which can improve economic efficiency and productivity by using a carbon nanostructure having a double surface functionalized with an amine group and a carboxylic acid as a template.
금속의 단결정으로 이루어진 구조체인 금속나노와이어는 화학적 안정성이 높고, 전기전도도 및 열전도도가 우수하여 전기적, 광학적, 기계적, 열적 특성이 요구되는 다양한 분야에 활용가치가 매우 높다.The metal nanowire, which is a structure composed of a single crystal of metal, has high chemical stability, excellent electrical conductivity and thermal conductivity, and thus has a very high value in various fields requiring electrical, optical, mechanical and thermal characteristics.
금속나노와이어는 형태가 균일하고, 표면상태가 양호하며, 높은 종횡비를 갖는 등의 여러 물성이 충족되어야 하는데, 이를 위하여 제조 시 다수의 공정 단계를 필요로 하며, 시간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있어왔다.The metal nanowires are required to have various physical properties such as uniform shape, good surface condition, and high aspect ratio. For this purpose, a number of process steps are required for manufacturing, and there is a problem such as a long time come.
금속나노와이어로, 주로 은(Ag)나노와이어가 사용되고 있다. 이는 여러 금속전구체 중에서 여러 단계를 거쳐야하는 복잡한 제조공정상의 이유로 제한적으로 은 염이 선택되고 있기 때문이며, 일반적으로 질산은(AgNO3) 에 한정되어 사용되고 있는 것이 실정이다. 이를 제외하고는 만족할만한 물성이나 수율을 얻지 못하고 있으며, 제조비용 상승에 따른 부담이 크다. 다른 금속으로는 구리가 높은 산화도를 갖고 있어 이용되고 있으나 나노와이어를 제조 시 표면 산화막 제거를 위한 후처리 공정을 추가로 실시해야하는 문제점이 있다. As metal nanowires, mainly silver (Ag) nanowires are used. This is because silver salts have been limitedly selected for the reason of the complicated manufacturing process which requires several steps among various metal precursors, and silver nitrate is generally limited to silver nitrate (AgNO 3 ). Except for this, satisfactory physical properties and yields are not obtained, and the burden is high due to an increase in manufacturing cost. Copper is used as another metal because it has a high degree of oxidation. However, there is a problem that a post-treatment process for removing the oxide film on the surface of the nanowire should be additionally performed.
금속나노와이어는 주로 폴리올 용액 상에서의 결정방향 선택적인 화학환원법을 기반으로 합성되고 있다. 하지만, 생산 비용이 높고 합성 공정상 반응이 매우 민감하여 실질적인 응용 측면에서 제약이 따르고 있다. Metallic nanowires are synthesized mainly on the basis of crystal - selective chemical reduction in polyol solution. However, the production cost is high and the reaction in the synthesis process is very sensitive, so that there are restrictions in practical application.
따라서, 제조비용을 절감할 수 있으며, 공정의 단순화를 도모할 수 있도록 우수한 저가형 금속 소재를 기반으로 하되, 결정방향 선택적인 화학환원법에 제한되지 않고 보다 손쉬운 금속나노와이어의 제조방법에 대한 연구개발이 필요한 실정이다. Therefore, research and development of a manufacturing method of metal nanowires that are easy to process without being limited to crystal-selective chemical reduction method based on a low-cost metal material that can reduce the manufacturing cost and simplify the process It is necessary.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 제조비용을 획기적으로 절감할 수 있으면서 공정을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 금속나노와이어의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. DISCLOSURE Technical Problem In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing metal nanowires that can remarkably reduce manufacturing costs and simplify a process and improve productivity.
또한, 본 발명은 탄소나노튜브를 템플레이트로 활용하여 높은 전도도, 높은 광투과율 등의 전기적, 광학적 특성의 상승효과를 구현할 수 있는 금속와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a metal wire capable of realizing a synergistic effect of electrical and optical characteristics such as high conductivity and high light transmittance by using carbon nanotubes as a template.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 In order to achieve the above object,
(a) 탄소나노튜브, 아민계 화합물 및 산무수물을 포함하는 탄소나노튜브 함유 용액을 반응시켜 아민화 탄소나노튜브를 제조하는 단계,(a) reacting a carbon nanotube-containing solution containing a carbon nanotube, an amine compound and an acid anhydride to produce an aminated carbon nanotube,
(b) 상기 아민화 탄소나노튜브, 수용성 고분자 및 물을 혼합한 수분산액을 초음파 처리하는 단계 및 (b) sonicating the aqueous dispersion obtained by mixing the aminated carbon nanotube, the water-soluble polymer and water, and
(c) 상기 초음파 처리된 아민화 탄소나노튜브를 템플레이트로 하고, 상기 초음파 처리된 아민화 탄소나노튜브, 금속전구체 및 용매를 비활성분위기 하에서 혼합한 후 환원제를 넣고 반응시키는 단계(c) mixing the ultrasound-treated aminated carbon nanotube as a template, the ultrasonic treated aminated carbon nanotube, the metal precursor and the solvent in an inert atmosphere, adding a reducing agent, and reacting
를 포함하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a metal nanowire using the carbon nanotube template.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, (a)단계의 산무수물은 다환 방향족 고리형 산무수물인 것일 수 있다. 이때, 상기 다환 방향족 고리형 산무수물은 피렌계 고리형 산무수물, 크리센계 고리형 산무수물, 페릴렌계 고리형 산무수물, 트리페닐렌계 고리형 산무수물 및 코로넨계 고리형 산무수물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. In the method for manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, the acid anhydride in step (a) may be a polycyclic aromatic cyclic acid anhydride. At this time, the polycyclic aromatic cyclic acid anhydride may be any one selected from pyrene-based cyclic acid anhydride, chrysene-based cyclic acid anhydride, perylene-based cyclic acid anhydride, triphenylene-based cyclic acid anhydride and coronene- Or a mixture of two or more.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, (b) 단계의 수용성 고분자는 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산, 카르복시메틸셀룰로오스 및 이들의 염 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 이때, 상기 수용성 고분자는 중량평균분자량이 1,000 내지 20,000g/mol인 것일 수 있다. In the method of manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, the water soluble polymer in step (b) may be any one selected from polyacrylic acid, polymethacrylic acid, carboxymethylcellulose, It may be a mixture of two or more. The water-soluble polymer may have a weight average molecular weight of 1,000 to 20,000 g / mol.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브인 것일 수 있다.In the method of manufacturing a metal nanowire using the carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, the carbon nanotube may be a multi-walled carbon nanotube.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, (a) 단계는 용액을 반응시킨 후 원심분리하여 세척 및 건조하는 것을 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, the step (a) may further include washing and drying the nanoparticles after reacting the solution, followed by centrifugation.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, (b) 단계는 수분산액을 반응시킨 후 원심분리하여 세척 및 건조하는 것을 더 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, the step (b) may further include washing and drying after reacting the aqueous dispersion and centrifuging.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, (c) 단계에서 비활성분위기 하에서 혼합은 110 내지 150℃에서 실시할 수 있다. In the method of manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, mixing in an inert atmosphere in step (c) may be performed at 110 to 150 ° C.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, (c) 단계에서 금속전구체는 적어도 하나이상의 카르복실기를 포함하는 C2~C24의 직쇄형 또는 분지형의 지방족, 지방족 고리 또는 방향족 카르복실산 또는 그 유도체인 에스테르 화합물로부터 유래되는 금속의 카르복실산염인 것일 수 있다. In the method of manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, in the step (c), the metal precursor may be a C2-C24 linear or branched aliphatic, And may be a carboxylate of a metal derived from an ester compound which is an aliphatic ring or an aromatic carboxylic acid or a derivative thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 있어서, (c) 단계에서 환원제는 하이드라진계, 하이드라이드계, 소듐포스페이트계 및 아스크로브산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. In the method of manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention, the reducing agent may be selected from the group consisting of a hydrazine system, a hydride system, a sodium phosphate system and an ascorbic acid in the step (c) Or a mixture of two or more thereof.
본 발명에 따른 금속나노와이어의 제조방법은 제조비용을 현저히 줄일 수 있으며, 공정을 단순화하여 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있어 경제적인 이점이 있다.The manufacturing method of the metal nanowire according to the present invention can remarkably reduce the manufacturing cost and simplify the manufacturing process, thereby remarkably improving the productivity, which is economically advantageous.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성된 탄소나노튜브 템플레이트 상에 제조된 금속나노와이어의 주사전자현미경사진(SEM: 100,000배)을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성된 탄소나노튜브 템플레이트 상에 제조된 금속나노와이어의 주사전자현미경사진(SEM: 30,000배)을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성된 탄소나노튜브 템플레이트 상에 제조된 금속나노와이어의 X선 회절 패턴(XRD)를 나타낸 것이다. 1 is a scanning electron micrograph (SEM: 100,000 times) of a metal nanowire fabricated on a synthesized carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM: 30,000 times) of metal nanowires fabricated on a synthesized carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern (XRD) of a metal nanowire fabricated on a synthesized carbon nanotube template according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법에 대하여 바람직한 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 다만, 이는 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 설명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. Hereinafter, a method of manufacturing a metal nanowire using the carbon nanotube template of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments. However, this is not intended to limit the scope of protection defined by the claims. In addition, technical terms and scientific terms used in the description of the present invention have the meanings as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined.
본 발명의 발명자들은 아민기와 카르복실산으로 표면 기능화가 이중으로 된 탄소나노구조체를 템플레이트로 활용하여 상기 이중표면 기능화된 탄소나노구조체와 수용성 고분자를 함유한 수분산액을 초음파 처리하는 것을 포함함으로써 금속전구체 화합물을 이용한 환원반응으로 공정을 단순화하고 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법을 제공할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다. The inventors of the present invention have found that by including a carbon nanostructure having a double functionalized surface with an amine group and a carboxylic acid as a template and ultrasonically treating the aqueous dispersion containing the double-surface functionalized carbon nanostructure and the water-soluble polymer, It is possible to provide a method of manufacturing a metal nanowire using a carbon nanotube template capable of simplifying a process and drastically reducing cost by a reduction reaction using a compound, and completed the present invention.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법은 A method of manufacturing a metal nanowire using the carbon nanotube template according to the present invention includes:
(a) 탄소나노튜브, 아민계 화합물 및 산무수물을 포함하는 탄소나노튜브 함유 용액을 반응시켜 아민화 탄소나노튜브를 제조하는 단계,(a) reacting a carbon nanotube-containing solution containing a carbon nanotube, an amine compound and an acid anhydride to produce an aminated carbon nanotube,
(b) 상기 아민화 탄소나노튜브, 수용성 고분자 및 물을 혼합한 수분산액을 초음파 처리하는 단계 및 (b) sonicating the aqueous dispersion obtained by mixing the aminated carbon nanotube, the water-soluble polymer and water, and
(c) 상기 초음파 처리된 아민화 탄소나노튜브를 템플레이트로 하고, 상기 초음파 처리된 아민화 탄소나노튜브, 금속전구체 및 용매를 비활성분위기 하에서 혼합한 후 환원제를 넣고 반응시키는 단계를 포함한다.(c) mixing the ultrasound-treated aminated carbon nanotubes with the ultrasound-treated aminated carbon nanotubes, the metal precursor, and the solvent in an inert atmosphere, and then adding a reducing agent and reacting.
본 발명에서 (a) 단계는 아민화 탄소나노튜브의 제조단계로서, 본 발명에서 아민화 탄소나노튜브는 아민기로 표면이 기능화된 탄소나노튜브를 의미한다. In the present invention, step (a) is a step for preparing aminated carbon nanotubes. In the present invention, the aminated carbon nanotubes refer to carbon nanotubes whose surface is functionalized with an amine group.
상기 아민화 탄소나노튜브는 탄소나노튜브, 아민계 화합물 및 산무수물을 포함하는 탄소나노튜브 함유 용액을 반응시켜 제조된다. The aminated carbon nanotubes are prepared by reacting carbon nanotube-containing solutions containing carbon nanotubes, amine compounds, and acid anhydrides.
본 발명에서 탄소나노튜브는 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT; single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT; double-walled carbon nanotube) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT; multi-walled carbon nanotube) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 보다 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브인 것이 벽 두께가 두꺼워 구조적으로 더욱 안정적이면서 길이가 길기 때문에 본 발명에 따른 복합재를 합성하기에 좋고, 재료의 원가절감면에서 경제적이다. 이때, 상기 탄소나노튜브는 길이, 직경, 밀도에 크게 제한되지 않고 사용될 수 있다. The carbon nanotubes of the present invention are not particularly limited, but are preferably single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) And multi-walled carbon nanotubes (MWCNT). More preferably, the multi-walled carbon nanotube is thicker in wall thickness, structurally more stable, and has a long length, so that it is preferable to synthesize the composite material according to the present invention and is economical in terms of cost reduction of materials. At this time, the carbon nanotubes can be used without being limited to the length, diameter, and density.
상기 아민계 화합물은 아민기 도입을 위한 것으로, 산무수물과 반응하여 아민기의 도입이 용이한 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다. 바람직하게는 두 개의 아민기를 함유하는 디아민계 화합물을 사용하는 것이 더욱 좋다. 상기 디아민계 화합물은 방향족 디아민과 지방족 디아민을 들 수 있으며, 일예로, 방향족 디아민은 ρ-페닐렌디아민 등일 수 있으며, 지방족 디아민은 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 부틸렌디아민 등의 알킬렌디아민 또는 ρ-사이클로헥산디아민 등의 사이클로알칸디아민 등일 수 있다.The amine compound is used for introducing an amine group and is not limited as long as it reacts with an acid anhydride to facilitate the introduction of an amine group. It is more preferable to use a diamine compound containing two amine groups. The aromatic diamine may be, for example, ρ-phenylenediamine, and the aliphatic diamine may be an alkylenediamine such as ethylenediamine, propylenediamine, butylenediamine or the like, or an ρ- Cycloalkanediamine such as cyclohexanediamine, and the like.
본 발명에서 산무수물은 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 다환 방향족 고리형 산무수물을 사용하여 보다 용이하게 탄소나노튜브의 표면에 아민기를 도입할 수 있다. 다환 방향족 고리형 산무수물은 탄소나노튜브와 π-π 상호작용에 의해 탄소나노튜브의 표면에 다환 방향족 화합물이 쉽게 흡착될 수 있도록 하는 것으로, 탄소나노튜브에 결함이 발생하는 것을 방지하면서 아민기로 표면을 개질할 수 있는 상승효과를 구현할 수 있는 장점이 있다. In the present invention, the acid anhydride is not particularly limited, but amine groups can be more easily introduced into the surface of the carbon nanotubes by using polycyclic aromatic cyclic acid anhydrides. The polycyclic aromatic cyclic acid anhydride is capable of easily adsorbing a polycyclic aromatic compound on the surface of the carbon nanotube by a π-π interaction with the carbon nanotube, and is capable of preventing the occurrence of defects in the carbon nanotube, It is possible to realize a synergistic effect that can be modified.
상기 다환 방향족 고리형 산무수물은 크게 제한되는 것은 아니지만, 다수개의 벤젠고리 및 아민기 도입을 위한 고리형 산무수물기를 함유하고 있는 것일 수 있다. 바람직하게는, 탄소나노튜브와 다환 방향족 고리형 산무수물 간의 흡착력 향상을 위해 4개 이상의 벤젠고리를 함유한 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 4~10개의 벤젠고리를 함유한 것이 더욱 좋다. 일예로, 다환 방향족 고리형 산무수물은 피렌계(pyrene) 고리형 산무수물, 크리센계(chrysene) 고리형 산무수물, 페릴렌계(perylene) 고리형 산무수물, 트리페닐렌계(triphenylene) 고리형 산무수물 및 코로넨계(coronene) 고리형 산무수물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.The polycyclic aromatic cyclic acid anhydride may be one containing a plurality of benzene rings and a cyclic acid anhydride group for introducing an amine group, although not limited thereto. Preferably, it may contain 4 or more benzene rings for improving the adsorption ability between the carbon nanotubes and the polycyclic aromatic cyclic acid anhydride, more preferably 4 to 10 benzene rings. Examples of the polycyclic aromatic cyclic acid anhydride include pyrene cyclic acid anhydride, chrysene cyclic acid anhydride, perylene cyclic acid anhydride, triphenylene cyclic acid anhydride, And a coronene cyclic acid anhydride. [0033] The term " coronene cyclic acid anhydride "
상기 탄소나노튜브 함유 용액은 탄소나노튜브, 아민계 화합물 및 무수물을 메틸렌클로라이드와 함께 혼합할 수 있다. 이때, 메틸렌클로라이드는 유기분자들의 용해성과 탄소나노튜브의 분산성을 향상시킬 수 있는 것으로, 반드시 메틸렌클로라이드에 한정될 필요는 없고 이를 대체하여 사용할 수 있는 용매라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.The carbon nanotube-containing solution can be mixed with carbon nanotubes, amine compounds, and anhydrides together with methylene chloride. At this time, methylene chloride can improve the solubility of organic molecules and the dispersibility of carbon nanotubes. It is not necessarily limited to methylene chloride, and any solvent that can be used instead of methylene chloride can be used without limitation.
상기 혼합된 용액은 초음파 처리(sonication)를 실시한다. 초음파 처리는 초음파 진동(ultrasonic vibration)으로 반응물들의 분산을 통해 탄소나노튜브의 표면을 아민기로 기능화할 수 있다. The mixed solution is subjected to sonication. Ultrasonic processing can ultrasonically function the surface of carbon nanotubes to amine groups through dispersion of reactants.
상기 탄소나노튜브 함유 용액은 크게 제한되는 것은 아니지만, 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량%, 아민계 화합물 1 내지 10 중량% 및 산무수물 0.1 내지 5 중량%으로 이루어질 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 탄소나노튜브가 응집되거나 침전되는 현상이 발생하지 않고 반응을 원활하게 실시할 수 있다. The carbon nanotube-containing solution is not particularly limited, but may be composed of 0.1 to 5 wt% of carbon nanotubes, 1 to 10 wt% of amine compound, and 0.1 to 5 wt% of acid anhydride. When the above range is satisfied, the carbon nanotubes can be smoothly reacted without causing the aggregation or precipitation of the carbon nanotubes.
아민화 탄소나노튜브의 제조에 대한 일 실시예로, 상기 탄소나노튜브 함유 용액은 메틸렌클로라이드에 혼합한 뒤 초음파 처리를 통해 분산용액을 만든 후, 추가 교반한다. 이후, 원심분리를 통해 침전물을 얻고, 이를 다시 물을 이용하여 재분산시킨 후 원심분리를 통해 다시 침전물을 얻는다. 이 침전물을 메탄올을 이용하여 재분산시키고 이를 원심분리를 통해 다시 침전물을 얻는다. 원심분리 공정은 크게 제한되는 것은 아니지만, 반복 실시할 수 있으며, 바람직하게는 10,000rpm 정도에서 15분 정도, 2회 정도 실시하는 것이 좋다. 최종 수득된 침전물은 진공오븐을 이용하여 상온에서 24시간 동안 건조한다. In one embodiment of preparing aminated carbon nanotubes, the carbon nanotube-containing solution is mixed with methylene chloride, followed by ultrasonic treatment to prepare a dispersion solution, followed by further stirring. Thereafter, a precipitate is obtained through centrifugation, re-dispersed again with water, and then centrifuged again to obtain a precipitate. This precipitate is re-dispersed using methanol, which is centrifuged again to obtain a precipitate. The centrifugal separation step is not limited, but it can be repeatedly carried out, preferably about 10,000 rpm for about 15 minutes, twice. The resulting precipitate is dried in a vacuum oven at room temperature for 24 hours.
본 발명에서 (b) 단계는 수용성 고분자를 이용한 수분산액을 초음파 혼합하는 단계이다. 상기 (a) 단계에서 제조된 아민화 탄소나노튜브를 이용하여 수용성 고분자 및 물과 혼합된 수분산액을 제조하고, 이를 초음파 처리한 후 원심분리하여 침전물을 수득한다. 이때, 초음파 처리된 수분산액은 C1~C4의 알코올 화합물과 혼합하는 데, 에탄올과 상기 수분산액의 부피비는 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 1.5:1 내지 1:1.5인 것이 보다 바람직하게는 1:1에 가까운 것이 더욱 좋다. 바람직하게는 에탄올을 용매로 이용하여 침전물을 원심분리를 2회 실시하여 침전물을 얻을 수 있다. In the present invention, step (b) is a step of ultrasonically mixing an aqueous dispersion using a water-soluble polymer. The aqueous dispersion mixed with the water-soluble polymer and water is prepared by using the aminated carbon nanotubes prepared in the step (a), ultrasonicated and centrifuged to obtain a precipitate. At this time, the ultrasonic treated aqueous dispersion is mixed with the C 1 -C 4 alcohol compound. The volume ratio of the ethanol and the aqueous dispersion is not particularly limited, but is preferably 1.5: 1 to 1: 1.5, Is closer to 1: 1. Preferably, the precipitate is centrifuged twice using ethanol as a solvent to obtain a precipitate.
이때, 상기 수용성 고분자는 금속 입자들의 응집 또는 성장을 위한 것으로, 크게 제한되는 것은 아니지만 카르복실산을 포함하는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로, 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산, 카르복시메틸셀룰로오스 및 이들의 염 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 바람직하게 수용성 고분자는 고분자 사슬 중에 해리기가 존재하여 물에 녹아 해리되는 특성을 갖는 것일 수 있다. 고분자 사슬 중에 존재하는 해리기로는 카르복시네이트기(-COO-), 설포네이트기(-SO3-), 설페이트기(-OSO3-), 포스페이트기(-OPO3-), 및 포스포네이트기(-PO3-) 등이 있을 수 있으며, 반드시 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 해리기와 결합하여 염을 형성하는 양이온으로 나트륨 등의 금속 양이온, 암모늄 양이온, 아민 양이온 등이 포함될 수 있다. At this time, the water-soluble polymer is used for aggregation or growth of metal particles and is not particularly limited, but may be used without limitation as long as it includes a carboxylic acid. Specifically, it may be any one or a mixture of two or more selected from polyacrylic acid, polymethacrylic acid, carboxymethylcellulose and salts thereof. Preferably, the water-soluble polymer may be one having a dissociation group in the polymer chain to dissolve in water and dissociate. Dissociation groups present in the polymer chain is carboxy carbonate group (-COO-), sulfonate group (-SO 3 -), sulfate group (-OSO 3 -), phosphate groups (-OPO 3 -), and phosphonate group (-PO 3 -), and the like, but not always limited thereto. In addition, the cation which forms a salt in combination with the dissociation group may include a metal cation such as sodium, an ammonium cation, an amine cation, and the like.
본 발명에서 보다 바람직한 수용성 고분자는 폴리아크릴산 나트륨염일 수 있다. A more preferred water-soluble polymer in the present invention may be sodium polyacrylate.
상기 수용성 고분자는 크게 제한되는 것은 아니지만 바람직하게는 중량평균분자량(Mw)이 1,000 내지 20,000g/mol인 것일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 금속 나노와이어 생성이 원활하고, 제조되는 탄소나노튜브-금속나노와이어의 물성, 전도성 및 기계적 물성에 있어 우수한 성능을 구현할 수 있다. The water-soluble polymer is not particularly limited, but preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 20,000 g / mol. When the above range is satisfied, it is possible to smoothly produce metal nanowires and realize excellent performance in terms of physical properties, conductivity, and mechanical properties of the carbon nanotube-metal nanowires to be produced.
본 발명에서 상기 수분산액은 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 아민화 탄소나노튜브 0.05 내지 0.3중량%, 수용성 고분자 0.01 내지 0.1중량% 및 물 99.94 내지 99.6중량%을 혼합한 것이 더욱 좋다. 아민화 탄소나노튜브 대비 수용성 고분자의 양이 부족할 경우 충분하게 카르복실산으로 기능화가 되지 않으며, 수분산액 중 아민화 탄소나노튜브가 상기 범위를 초과하면 분산성이 떨어져 균일한 카르복실산 기능화가 어렵다. In the present invention, the aqueous dispersion is not particularly limited, but it is more preferable to mix 0.05 to 0.3% by weight of aminated carbon nanotubes, 0.01 to 0.1% by weight of water-soluble polymer and 99.94 to 99.6% by weight of water. If the amount of the water-soluble polymer is insufficient relative to the aminated carbon nanotube, the functionalization with the carboxylic acid is not sufficiently performed. If the amount of the aminated carbon nanotubes in the aqueous dispersion exceeds the above range, the dispersibility becomes poor and the uniform functionalization of the carboxylic acid is difficult .
또한, 상기 수분산액은 pH 가 5 이상인 것이 더욱 좋다. 이는 금속 전구체로부터 금속의 환원반응 시 금속나노와이어 형성 수율을 향상시키기 위한 것으로, pH 조절을 위해 염기를 첨가할 수 있다. 용액 내 염기는 NaOH, KOH, 트리에틸아민 등을 사용할 수 있다.It is further preferable that the pH of the aqueous dispersion is 5 or more. This is to improve the yield of metal nanowire formation during the reduction reaction of the metal from the metal precursor, and a base may be added to adjust the pH. The base in the solution may be NaOH, KOH, triethylamine or the like.
본 발명에서 (c) 단계는 탄소나노튜브 템플레이트 상에 금속전구체로부터 금속을 환원시켜 금속나노와이어를 제조하는 단계이다. In the present invention, step (c) is a step of preparing a metal nanowire by reducing a metal from a metal precursor on a carbon nanotube template.
상기 수용성 고분자와 함께 초음파 처리된 아민화 탄소나노튜브는 금속전구체 및 용매와 혼합된다. 혼합은 비활성분위기 하에서 실시하며, 혼합이 충분이 이루어지면 환원제를 넣고 반응시킨다. 이때, 상기 혼합은 110 내지 150℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 반응시간은 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 1분 내지 30분, 3분 내지 10분 정도 실시하는 것이 좋다. 반응이 완료된 후, 반응물은 원심분리를 이용하여 침전된 침전물로 수득한다. 이때, 원심분리 시 사용하는 용매는 크게 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 톨루엔을 사용할 수 있다. The aminated carbon nanotubes ultrasonicated with the water-soluble polymer are mixed with a metal precursor and a solvent. Mixing is carried out in an inert atmosphere, and when sufficient mixing is achieved, a reducing agent is added and allowed to react. At this time, the mixing is preferably performed at 110 to 150 ° C. The reaction time is not particularly limited, but is preferably 1 to 30 minutes and 3 to 10 minutes. After the reaction is complete, the reaction is obtained as a precipitate precipitated using centrifugation. At this time, the solvent used in the centrifugation is not particularly limited, but toluene can be preferably used.
본 발명에서 금속전구체는 구리, 은, 금, 니켈, 주석, 알루미늄 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속의 유기산염, 무기산염 또는 할로겐화물을 비롯한 다양한 형태의 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나이상의 카르복실기를 포함하는 C2~C24의 직쇄형 또는 분지형의 지방족, 지방족 고리 또는 방향족 카르복실산 또는 그 유도체인 에스테르 화합물로부터 유래되는 금속의 카르복실산염인 것일 수 있다. 일 구체예로, 상기 금속전구체는 금속 아세테이트, 금속 벤조에이트, 금속 락테이트, 금속 시트레이트, 금속 시클로헥산부티레이트, 금속 에틸헥사노에이트, 금속 트리플루오로아세테이트, 금속 헵타플루오로부티레이트 등을 들 수 있다. 바람직하게는 금속 아세테이트를 사용할 수 있다.In the present invention, the metal precursor may be selected from the group consisting of an organic acid salt, an inorganic acid salt or a halide of any metal selected from the group consisting of copper, silver, gold, nickel, tin, aluminum and alloys thereof. May be a carboxylate of a metal derived from an ester compound of C 2 to C 24 linear or branched aliphatic, aliphatic ring or aromatic carboxylic acid or derivative thereof containing at least one carboxyl group . In one embodiment, the metal precursor is selected from the group consisting of metal acetate, metal benzoate, metal lactate, metal citrate, metal cyclohexane butyrate, metal ethyl hexanoate, metal trifluoroacetate, metal heptafluorobutyrate, have. Preferably, metal acetate is used.
본 발명에서 보다 바람직한 금속전구체는 구리아세테이트일 수 있다. 구리는 산화문제를 안고 있으며, 나노구조체를 형성하는 경우 부피당 표면적 비율 때문에 더욱 산화문제에 취약하다. 이러한 문제점으로 종래 금속나노와이어 분야에서 구리를 적용하는 것이 용이하지 않았으나, 한편으로, 산화구리는 은이나 금과 달리 환원 포텐셜 에너지가 낮아 쉽게 환원이 되는 특징을 가지고 있어, 본 발명에서는 구리를 사용함으로써 은에 비해 저비용의 금속나노와이어를 제조할 수 있게 되어 경제성이 뛰어난 효과를 구현할 수 있다. A more preferred metal precursor in the present invention may be copper acetate. Copper has oxidation problems and is more susceptible to oxidation problems due to its surface area per volume when forming nanostructures. However, copper oxide is characterized in that it is easily reduced due to its low potential of reduction, unlike silver or gold. In the present invention, by using copper The metal nanowires can be manufactured at a low cost as compared with silver, so that an economical effect can be realized.
상기 금속전구체는 음이온 치환을 가능하게 하는 산을 용해시킨 용액을 사용할 수 있다. 일예로, 금속 아세테이트를 사용하는 경우, 전구체에 포함된 음이온(COOCH3 -)의 짝산인 COOCH3 보다 강한 산인 질산을 사용할 수 있다. 즉, 강산의 짝염기로 하여금 금속전구체의 음이온이 치환되게 함으로써 용매에 대한 용해도가 낮은 금속전구체를 사용하는 경우에도 금속의 환원 반응을 가능하게 한다. The metal precursor may be a solution in which an acid allowing anion substitution is dissolved. For example, when metal acetate is used, nitric acid, which is a stronger acid than COOCH 3 , the counterpart of the anion (COOCH 3 - ) contained in the precursor, can be used. That is, even when a metal precursor having a low solubility in a solvent is used by substituting the anion of the metal precursor with the strong base of the strong acid, the reduction reaction of the metal becomes possible.
본 발명에서 환원제는 금속을 금속 형태로 환원시키기 위하여 사용되는 것으로, 하이드라진계, 하이드라이드계, 소듐포스페이트계 및 아스크로브산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 하이드라진, 하이드라진무수물, 염산하이드라진, 황산하이드라진, 하이드라진 하이드레이트 및 페닐하이드라진을 포함하는 하이드라진계 환원제에서 선택된 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 또한, 상기 하이드라진계 환원제 이외에 하이드라이드계 화합물, 보다 바람직하게는 테트라부틸암모늄보로하이드라이드, 테트라메틸암모늄보로하이드라이드, 테트라에틸암모늄보로하이드라이드 및 소듐보로하이드라이드 등을 포함하는 보로하이드라이드계 환원제를 사용할 수 있다. 또한, 소듐포스페이트계 환원제 및 아스크로브산 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 이에 크게 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the reducing agent is used for reducing a metal to a metal form, and may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of a hydrazine series, a hydride series, a sodium phosphate series and an ascorbic acid. Preferably hydrazine-based reducing agents including hydrazine, hydrazine anhydride, hydrazine hydrochloride, hydrazine sulfate, hydrazine hydrate and phenylhydrazine. In addition to the hydrazine-based reducing agent, a boride compound including a hydride-based compound, more preferably tetrabutylammonium borohydride, tetramethylammonium borohydride, tetraethylammonium borohydride, and sodium borohydride, A hydride-based reducing agent may be used. In addition, one or more of sodium phosphate-based reducing agent and ascorbic acid can be selected and used, and the present invention is not limited thereto.
이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
이하 본 발명의 물성은 다음과 같이 측정하였다.The physical properties of the present invention were measured as follows.
(실시예 1)(Example 1)
다중벽카본나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)[Applied Carbon Nano Technology Co. Ltd, A-Tube-AM97, 카본함량 97 중량%] 1.4g, 페릴렌테트라카르복실릭 다이안하이드라이드(perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride, PTD) 0.35g, 에틸렌디아민(ethylene diamine) 14mL 및 트리에틸아민(trimethylamine) 70mL를 메틸렌클로라이드(methylene chloride) 350mL에 섞어주고 1시간 동안 초음파(sonication) 처리를 통해 분산용액을 만들어준다. 24시간 동안 추가로 교반한 다음, 원심분리(10,000rpm, 15분)시켜 침전물을 얻는다. 물을 용매로 이용하여 침전물을 재분산시킨 후 다시 원심분리하여 침전물을 얻는다. 메탄올을 용매로 이용하여 침전물을 재분산시킨 후 원심분리하여 침전물을 얻는 공정을 2회 반복 실시한다. 최종 얻어진 침전물을 진공오븐(25℃)에서 24시간 동안 건조하여 아민처리된 다중벽카본나노튜브를 얻는다.Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) [Applied Carbon Nano Technology Co. Ltd., A-Tube-AM97, carbon content of 97% by weight], 0.35 g of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (PTD), 0.1 g of ethylene diamine ) And 70 mL of trimethylamine are mixed with 350 mL of methylene chloride, and sonicated for 1 hour to prepare a dispersion solution. After further stirring for 24 hours, centrifuge (10,000 rpm, 15 minutes) to obtain a precipitate. The precipitate is re-dispersed using water as a solvent, and then centrifuged again to obtain a precipitate. The process of re-dispersing the precipitate using methanol as a solvent and then centrifuging to obtain a precipitate is repeated twice. The resulting precipitate is dried in a vacuum oven (25 DEG C) for 24 hours to obtain amine-treated multi-walled carbon nanotubes.
35wt% 폴리아크릴산 나트륨염(polyacrylic acid sodium salt, Mw: 15,000 g/mol) 0.006g를 증류수 13.313g에 넣은 후 아민처리된 다중벽카본나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT) 0.02g을 넣고 초음파 혼합을 실시하여 분산용액을 만든다. 상기 분산용액과 에탄올을 1:1 부피비로 혼합한 후, 원심분리하여 침전물을 얻는다. 세척을 위하여, 에탄올을 용매로 이용하여 침전물을 재분산시킨 후 원심분리하여 침전물을 얻는 공정을 2회 반복 실시한 후 얻어진 최종 침전물을 진공오븐(25℃)에서 24시간 동안 건조하여 폴리아크릴산으로 후처리한 아민처리된 다중벽카본나노튜브를 얻는다.0.006 g of 35 wt% polyacrylic acid sodium salt (Mw: 15,000 g / mol) was added to 13.313 g of distilled water, 0.02 g of amine-treated multi-walled carbon nanotube (MWCNT) Mixing is carried out to make a dispersion solution. The dispersion solution and ethanol are mixed at a ratio of 1: 1 by volume and centrifuged to obtain a precipitate. For washing, the precipitate was redispersed using ethanol as a solvent and centrifuged to obtain a precipitate twice. The resulting precipitate was dried in a vacuum oven (25 ° C) for 24 hours and then post-treated with polyacrylic acid Thereby obtaining an amine-treated multi-walled carbon nanotube.
옥틸아민(octylamine) 58.902g, 폴리아크릴산으로 로 후처리한 아민처리된 다중벽카본나노튜브 0.02g, 올레익산(oleic acid) 2.511g 및 구리아세테이트(Cu acetate) 1.038g을 비활성가스 분위기에서 혼합한다. 반응기를 130℃로 승온시킨 후 페닐하이드라진(phenylhydrazine)을 주입하고 5분간 반응시킨 후, 반응물을 원심분리를 통해 추출하고 톨루엔으로 세척하여 합성된 구리나노와이어를 제조하였다. 58.902 g of octylamine, 0.02 g of amine-treated multi-walled carbon nanotubes post-treated with polyacrylic acid, 2.511 g of oleic acid and 1.038 g of copper acetate were mixed in an inert gas atmosphere . After raising the temperature of the reactor to 130 ° C, phenylhydrazine was added and reacted for 5 minutes. Then, the reaction product was centrifuged and extracted with toluene to prepare synthesized copper nanowires.
도 1 및 2는 실시예 1에 의해 합성된 탄소나노튜브 템플레이트 상에 제조된 금속나노와이어의 주사전자현미경사진(SEM, 100,000 / 30,000배)을 나타낸 것으로, 직경이 약 50nm이며, 길이가 20㎛인 탄소나노튜브 템플레이트 상에 제조된 금속나노와이어가 형성됨을 확인할 수 있다.1 and 2 are SEM micrographs (SEM, 100,000 / 30,000 times) of the metal nanowires formed on the carbon nanotube template synthesized according to Example 1, showing a diameter of about 50 nm and a length of 20 m It can be confirmed that the metal nanowires formed on the carbon nanotube template are formed.
또한, 도 3은 탄소나노튜브 템플레이트 상에 제조된 금속나노와이어의 X선 회절 패턴(XRD)를 나타낸 것으로서, 이중 기능화처리된 탄소나노튜브 표면에 구리나노와이어가 균일하게 코팅된 것을 확인할 수 있으며, 미미한 구리산화물의 존재로 인해 구리금속층 표면에 얇은 산화막이 존재함을 확인할 수 있었다.FIG. 3 shows the X-ray diffraction pattern (XRD) of the metal nanowires formed on the carbon nanotube template. It can be confirmed that the copper nanowires were uniformly coated on the surface of the double functionalized carbon nanotubes, It was confirmed that a thin oxide film exists on the surface of the copper metal layer due to the presence of a slight amount of copper oxide.
(실시예 2)(Example 2)
산무수물로 다환 방향족 고리형 산무수물을 사용하는 것을 대신하여, cyclobutane-1,2,3,4-tetrcarboxylic dianhydride (CBDA), 4,4'-(hexafluoroisopropylidene)diphthalic anhydride (6FDA), 4,4’-oxydiphthalic dianhydride (ODA)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과, 탄소나노튜브 템플레이트 상에 금속나노와이어가 형성됨을 확인할 수 있다.(CBDA), 4,4 '- (hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (6FDA), 4,4' - tetracarboxylic dianhydride (CBDA) instead of using polycyclic aromatic cyclic acid anhydrides as acid anhydrides, -oxydiphthalic dianhydride (ODA) was used as the starting material. As a result, it can be confirmed that metal nanowires are formed on the carbon nanotube template.
(실시예 3)(Example 3)
폴리아크릴산 나트륨염을 사용하는 것을 대신하여, 카르복시메틸셀룰로오스 나트륨(아쿠알릭 DL-40, 니혼쇼쿠바이사)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과, 탄소나노튜브 템플레이트 상에 금속나노와이어가 형성됨을 확인할 수 있다.The procedure of Example 1 was repeated except that sodium carboxymethylcellulose (AkuAlik DL-40, Nihon Shokubai Co., Ltd.) was used instead of polyacrylic acid sodium salt. As a result, it can be confirmed that metal nanowires are formed on the carbon nanotube template.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
옥틸아민(octylamine) 58.902g, 다중벽카본나노튜브 0.02g, 올레익산(oleic acid) 2.511g 및 구리아세테이트(Cu acetate) 1.038g을 비활성가스 분위기에서 혼합한다. 130℃로 승온시킨 후 페닐하이드라진(phenylhydrazine)을 주입하고 5분간 반응시킨다. 합성된 금속 나노와이어를 원심분리를 통해 추출하고 톨루엔을 용매로 이용하여 2회 세척을 실시하였다. 그 결과, 탄소나노튜브 템플레이트 상에 금속나노와이어가 형성되지 않았다. 58.902 g of octylamine, 0.02 g of multi-walled carbon nanotubes, 2.511 g of oleic acid and 1.038 g of copper acetate were mixed in an inert gas atmosphere. After raising the temperature to 130 ° C, phenylhydrazine is injected and reacted for 5 minutes. The synthesized metal nanowires were extracted through centrifugation and washed twice with toluene as a solvent. As a result, no metal nanowires were formed on the carbon nanotube template.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
다중벽카본나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT) 1.4g, 페릴렌 테트라카르복실릭 다이안하이드라이드(perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride, PTD) 0.35g, 에틸렌디아민(ethylene diamine) 14mL 및 트리에틸아민(trimethylamine) 70mL를 메틸렌클로라이드(methylene chloride) 350mL에 섞어주고 1시간 동안 초음파(sonication) 처리를 통해 분산용액을 만들어준다. 24시간 동안 추가로 교반한 다음, 원심분리(10,000rpm, 15분)시켜 침전물을 얻는다. 물을 용매로 이용하여 침전물을 재분산시킨 후 다시 원심분리하여 침전물을 얻는다. 메탄올을 용매로 이용하여 침전물을 재분산시킨 후 원심분리하여 침전물을 얻는 공정을 2회 반복 실시한다. 최종 얻어진 침전물을 진공오븐(25℃)에서 24시간 동안 건조하여 아민처리된 다중벽카본나노튜브를 얻는다.1.4 g of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), 0.35 g of perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (PTD), 0.1 g of ethylene diamine ) And 70 mL of trimethylamine are mixed with 350 mL of methylene chloride, and sonicated for 1 hour to prepare a dispersion solution. After further stirring for 24 hours, centrifuge (10,000 rpm, 15 minutes) to obtain a precipitate. The precipitate is re-dispersed using water as a solvent, and then centrifuged again to obtain a precipitate. The process of re-dispersing the precipitate using methanol as a solvent and then centrifuging to obtain a precipitate is repeated twice. The resulting precipitate is dried in a vacuum oven (25 DEG C) for 24 hours to obtain amine-treated multi-walled carbon nanotubes.
옥틸아민(octylamine) 58.902g, 아민처리된 다중벽카본나노튜브 0.02g, 올레익산(oleic acid) 2.511g 및 구리아세테이트(Cu acetate) 1.038g을 비활성가스 분위기에서 혼합한다. 130도로 승온시킨 후 페닐하이드라진(phenylhydrazine)을 주입하고 5분간 반응시킨다. 합성된 금속 나노와이어를 원심분리를 통해 추출하고 톨루엔을 용매로 이용하여 2회 세척을 실시하였다. 그 결과, 탄소나노튜브 템플레이트 상에 금속나노와이어가 형성되지 않았다. 58.902 g of octylamine, 0.02 g of amine-treated multi-walled carbon nanotubes, 2.511 g of oleic acid and 1.038 g of copper acetate were mixed in an inert gas atmosphere. After raising the temperature to 130 ° C, phenylhydrazine is injected and reacted for 5 minutes. The synthesized metal nanowires were extracted through centrifugation and washed twice with toluene as a solvent. As a result, no metal nanowires were formed on the carbon nanotube template.
이상과 같이 본 발명에서는 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Various modifications and variations are possible in light of the above teachings.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (11)
(b) 상기 아민화 탄소나노튜브, 수용성 고분자 및 물을 혼합한 수분산액을 초음파 처리하는 단계 및
(c) 상기 초음파 처리된 아민화 탄소나노튜브를 템플레이트로 하고, 상기 초음파 처리된 아민화 탄소나노튜브, 금속전구체 및 용매를 비활성분위기 하에서 혼합한 후 환원제를 넣고 반응시키는 단계
를 포함하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
(a) reacting a carbon nanotube-containing solution containing a carbon nanotube, an amine compound and an acid anhydride to produce an aminated carbon nanotube,
(b) sonicating the aqueous dispersion obtained by mixing the aminated carbon nanotube, the water-soluble polymer and water, and
(c) mixing the ultrasound-treated aminated carbon nanotube as a template, the ultrasonic treated aminated carbon nanotube, the metal precursor and the solvent in an inert atmosphere, adding a reducing agent, and reacting
Wherein the carbon nanotube template is a metal nanowire.
상기 (a)단계의 산무수물은 다환 방향족 고리형 산무수물인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the acid anhydride in step (a) is a polycyclic aromatic cyclic acid anhydride.
상기 다환 방향족 고리형 산무수물은 피렌계 고리형 산무수물, 크리센계 고리형 산무수물, 페릴렌계 고리형 산무수물, 트리페닐렌계 고리형 산무수물 및 코로넨계 고리형 산무수물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The polycyclic aromatic cyclic acid anhydride may be any one or two selected from pyrene-based cyclic acid anhydride, chrysene-based cyclic acid anhydride, perylene-based cyclic acid anhydride, triphenylene-based cyclic acid anhydride and coronene cyclic acid anhydride. Wherein the metal nanowire is a mixture of carbon nanotubes.
상기 (b) 단계의 수용성 고분자는 폴리아크릴산, 폴리메타아크릴산, 카르복시메틸셀룰로오스 및 이들의 염 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the water-soluble polymer in step (b) is one or a mixture of two or more selected from the group consisting of polyacrylic acid, polymethacrylic acid, carboxymethyl cellulose, and salts thereof.
상기 수용성 고분자는 중량평균분자량이 1,000 내지 20,000g/mol인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the water-soluble polymer has a weight average molecular weight of 1,000 to 20,000 g / mol.
상기 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotubes are multi-wall carbon nanotubes.
상기 (a) 단계는 용액을 반응시킨 후 원심분리한 후 건조하는 것을 더 포함하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (a) further comprises reacting the solution, followed by centrifugation, followed by drying, to obtain a metal nanowire using the carbon nanotube template.
상기 (b) 단계는 수분산액을 반응시킨 후 원심분리한 후 건조하는 것을 더 포함하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (b) further comprises reacting the aqueous dispersion, followed by centrifugation, and then drying the carbon nanotube template.
상기 (c) 단계에서 비활성분위기 하에서 혼합은 110 내지 150℃에서 실시하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mixing is performed at 110 to 150 < 0 > C in an inert atmosphere in step (c).
상기 (c) 단계에서 금속전구체는 적어도 하나이상의 카르복실기를 포함하는 C2~C24의 직쇄형 또는 분지형의 지방족, 지방족 고리 또는 방향족 카르복실산 또는 그 유도체인 에스테르 화합물로부터 유래되는 금속의 카르복실산염인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step (c), the metal precursor may be a carboxylate of a metal derived from an ester compound which is a linear or branched C2-C24 aliphatic, aliphatic ring or aromatic carboxylic acid or derivative thereof containing at least one carboxyl group Wherein the carbon nanotube template is a carbon nanotube template.
상기 (c) 단계에서 환원제는 하이드라진계, 하이드라이드계, 소듐포스페이트계 및 아스크로브산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 탄소나노튜브 템플레이트를 이용한 금속나노와이어의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the reducing agent is at least one selected from the group consisting of hydrazine, hydride, sodium phosphate, and ascorbic acid, and wherein the reducing agent is a mixture of two or more selected from the group consisting of hydrazine, hydride, sodium phosphate and ascorbic acid.
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KR20210067217A (en) | 2019-11-29 | 2021-06-08 | 부산대학교 산학협력단 | Method for preparing silver nanowire using m13 bacteriophage |
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